TÉLÉDÉTECTION

Les instruments

La plupart des instruments fonctionnent en mode push broom (une expression anglaise désignant les larges balais que l'on pousse devant soi et qui sont utilisés dans les collectivités), c'est-à-dire qu'ils sont équipés de barrettes de milliers de détecteurs élémentaires (par exemple, 12 000 sur le satellite français SPOT-5) alignés pour acquérir une ligne de paysage (60 km de largeur pour SPOT-5). Le passage d'une ligne à l'autre résulte de l'avancement de la plate-forme le long de sa trajectoire. Ces barrettes sont généralement des CCD (charge coupled device) dont les cellules élémentaires accumulent, sous l'effet des photons incidents, des charges électriques pendant un petit laps de temps (que l'on pourrait assimiler à un temps de pose) qui est inférieur au temps nécessaire au satellite pour avancer d'une ligne de paysage. Ainsi, SPOT-5 acquiert une ligne panchromatique toutes les 0,752 milliseconde, durée correspondant à un déplacement de cinq mètres au sol. Les charges électriques sont collectées, puis numérisées avant d'être stockées à bord ou transmises au sol par radio.

La taille des détecteurs élémentaires, couplée à la focale de l'optique du télescope, contribue à définir la résolution de l'instrument, c'est-à-dire, grossièrement, la dimension de ce qu'on pourra discerner au sol (par exemple, 6,5 μm pour 5 m de résolution sur SPOT-5). Elle joue aussi un rôle sur la qualité de la mesure puisqu'elle conditionne la quantité de photons qui seront capturés. Plus cette taille est réduite, meilleure est la résolution, mais le signal récupéré (qui est fonction du nombre de photons capturés) sera plus faible par rapport au bruit ambiant, comme pour les photographies obtenues avec des appareils numériques qui apparaissent bruitées en éclairage réduit. Un autre paramètre influant sur la quantité de photons récupérés, et donc sur la qualité de la mesure, est le temps de pose, avec là aussi un impact sur la résolution. Enfin, le filtrage spectral, utilisé pour le mode dit multispectral, contribue également à dégrader l'énergie lumineuse incidente. En effet, comme on cherche à caractériser la signature spectrale des objets, on va éclater le flux lumineux en différentes bandes spectrales, tout simplement en intercalant des filtres colorés qui vont absorber une partie de l'énergie et ne transmettre que ce qui correspond aux parties du spectre que l'on souhaite analyser (par exemple, vert, rouge, proche et moyen infrarouge sur SPOT). Quant au mode noir et blanc (dit panchromatique), il est obtenu sans utiliser de filtre. En conséquence, le flux lumineux du mode panchromatique est beaucoup plus puissant, ce qui permet de travailler avec des détecteurs plus petits et donc d'offrir de meilleures résolutions. Dans tous les systèmes optiques satellitaires, le mode panchromatique est donc d'une meilleure résolution que le mode multispectral (sur SPOT-5, respectivement 5 m et 10 m).

Les instruments sont aussi dotés de mécanismes de calibration afin que les mesures effectuées soient exprimables dans une grandeur physique, avec les unités appropriées et normalisées, autorisant ainsi leur exploitation conjointe, alors même qu'elles peuvent provenir de systèmes différents.

Notons que les instruments qui fonctionnent dans l'infrarouge thermique doivent être dotés d'une extrême sensibilité du fait du niveau de bruit électronique qui vient perturber la mesure dans ces longueurs d'onde. À cet effet, les détecteurs sont refroidis à très basse température et doivent présenter une taille plus importante pour pouvoir capter suffisamment le signal. De ce fait, la résolution de tels instruments est bien moins bonne que celle des instruments qui opèrent dans le visible ou le proche infrarouge.

Les vecteurs ou plates-formes

Les satellites sont des vecteurs privilégiés pour la télédétection : ils survolent la totalité de la planète sans se heurter à des contraintes administratives ; ils peuvent faire des prises de vue répétitives, couvrir de grandes étendues et effectuer des mesures cohérentes dans l'espace et dans le temps.

La plupart des satellites de télédétection sont des satellites à défilement (par opposition aux satellites géostationnaires qui sont « immobiles » par rapport au sol). Ils évoluent sur une orbite à la fois circulaire, polaire, héliosynchrone et phasée :

– circulaire, pour garder constante la distance avec la surface de la Terre, ainsi que leur vitesse (cette dernière conditionnant l'écartement entre deux lignes de prise de vue) ;

– polaire (c'est-à-dire dans un plan contenant l'axe des pôles), parce que le mouvement de rotation de la Terre combiné avec le mouvement du satellite sur son orbite doit permettre de parcourir la totalité de la surface du globe (en quelques jours ou en quelques semaines selon la fauchée de l'instrument, qui est la largeur de la bande de paysage prise par l'instrument) ;

– héliosynchrone (c'est-à-dire selon un plan orbital faisant un angle constant avec la direction du soleil), afin de survoler les paysages toujours à la même heure locale et donc de bénéficier de conditions d'éclairement constantes, aux variations saisonnières près ;

– phasée, signifie que l'on s'arrange pour faire repasser le satellite au-dessus du même endroit après un certain nombre de révolutions.

Ainsi, pour SPOT-5, ses quatorze révolutions quotidiennes se décalent légèrement d'un jour sur l'autre pour revenir à la configuration initiale au bout de 26 jours (exactement 369 révolutions). Si le satellite ne regarde qu'à la verticale, il ne peut accéder à une même zone qu'une fois par cycle de 26 jours. Cependant, un dispositif de pointage permet de s'écarter de la verticale et de viser à l'intérieur d'une bande beaucoup plus large que la fauchée de l'instrument. Sur SPOT-5, l'utilisation d'un miroir basculant donne la possibilité d'orienter la direction de visée dans un couloir de 900 kilomètres de largeur, permettant ainsi le rebalayage d'une même zone géographique tous les trois à cinq jours. Sur d'autres systèmes, ce dépointage est obtenu par un basculement de l'ensemble du satellite.

Les orbites des satellites d'observation de la Terre à défilement se situent, selon les systèmes, à une altitude comprise entre 400 et 900 kilomètres (à comparer aux 36 000 km de l'orbite géostationnaire utilisée pour les satellites de télécommunication ou les satellites météorologiques comme Météosat, ainsi qu'aux 6 370 km du rayon de la Terre). Sur de telles orbites, qualifiées également d'orbites basses, les satellites font une révolution complète en une centaine de minutes, soit un peu plus de quatorze révolutions par jour. L'heure locale de passage retenue pour le survol des paysages (constante du fait de l'héliosynchronicité de l'orbite), généralement autour de 10 heures du matin, résulte de compromis : trop tôt, le soleil n'est pas assez haut pour illuminer suffisamment le paysage ; trop tard, les formations nuageuses de convection dans les zones tropicales s'intensifient et viennent masquer le paysage.